曲面展开方法的发展现状

从几何展开、力学展开和几何展开/力学修正等三个方面论述了具有代表性的曲面展开方法,包括它们的原理、特点和工程应用情况,并提出了未来的发展方向。     

整体壁板蒙皮曲面几何展开方法研究

壁板蒙皮曲面的合理展开对节省材料、降低成本和保证成形质量有重要意义,同时,也是壁板成形数值模拟的前提条件。壁板蒙皮曲面一般是小曲率,成形过程中发生的面内变形不大,采用基于面积不变假设的几何模拟法对壁板蒙皮曲面的展开进行了研究。通过可展曲面的展开结果与理论值的对比,验证了算法的精度;同时满意地预测出某型飞机壁板蒙皮的毛坯形状。     

铸造CAE系统后置处理模块中"无锯齿化"算法

基于OpenGL技术的铸造CAE系统后置处理模块中"无锯齿化"算法,论述了为建立该算法起核心作用的"长方体与截平面求交"算法与"截平面相交的铸件立方单元网格的合并"算法。     

电弧增材制造中空间曲面等距路径规划算法

基于曲面分层的增材制造是目前研究热点之一. 相比于平面路径规划,在曲率任意变化的复杂空间曲面上进行路径规划算法研究较少,尤其是等距路径规划算法. 提出了一种基于体素化和曲线积分思想的空间曲面等距路径规划算法,算法主要包括体素化模型、计算体素点到源曲线的测地距离、生成增材路径等步骤. 该算法精度可控,其精度主要由模型体素化密度决定;与扫描线法相比,从根本上避免了平移路径时由于局部和全局自相交生成的无效环,提高了计算效率. 最后,选取3种典型曲面,分别为由平面组成的简单曲面、圆柱曲面、B样条曲面,进行空间曲面等距路径规划,已验证算法的适用性,并在圆筒试件上进行曲面分层GMAW电弧增材验证试验. 结果表明,该算法可以满足电弧增材制造的精度要求.     

反求工程中任意平面切片算法及曲线快速重构

提出用相交交线法快速定位相交立方格以获取切片数据点,并用简化的Dijkstra算法对切片数据点进行曲线重建.实现了任意法向的切片平面与空间立方格相截,简捷和快速地找出切片平面与立方体所有相交的子立方格,并在此基础上获取落在切片平面上散乱数据点集.对平面点集进行Delaunay三角划分,构造带权连通图,利用Dijkstra最短路径逼近得到有序点集并构造多义线.算法可对单连通、多连通数据点集曲线重构.     

复杂空间曲面薄板成形模面快速设计方法

为减少复杂空间曲面薄板成形模具研制周期,提高设计成功率,提出一种基于体变形法的复杂空间曲面薄板冲压模面的快速设计方法。首先采用有限元法模拟以理想产品曲面为模面的板料冲压成形过程,得到冲压板料节点的位移向量和内力。然后用前向回弹法迭代求解得到补偿模面,其中每个迭代步都涉及到点到面的重构过程,引进体变形算法加快模面重构速度和提高模面重构质量。最后通过混凝土搅拌车螺旋叶片实验验证本文算法的有效性。分析试验结果得到:使用体变形算法后三块叶片的平均计算时间减少26.1%,表明体变形算法加快了计算速度;回弹补偿后三块叶片的平均回弹偏差减少85.1%,表明本文算法回弹补偿效果明显。     

基于弹性模型的三角网格曲面优化展开

根据材料力学中杆件的变形及弹性变形能分析,提出了曲面展开的弹性变形模型。根据边的变形情况,将曲面展开分为约束展开和无约束展开,并对每种展开方法进行分析。特别是约束展开时产生的变形能,根据曲面展开时的判断准则,对弹性变形能进行释放,得到优化的曲面展开。最后给出了曲面展开的算法步骤及实例。该方法中曲面展开的局部精度较易控制,因此较之以前的方法,更能有效地解决CAD/CAGD中曲面展开问题。     

框肋类零件展开方法研究

基于法向量展开的射线法与正交展开算法,针对框肋类零件中具有下陷和不封闭侧壁特征的板件展开过程中所遇到的问题,恰当融合了上述两种展开方法,避免了展开过程中的网格重叠与展开方向不精确问题。通过测试计算,改进后的算法快速高效,得到的零件毛坯形状合理准确。     

面向未知复杂曲面的视点自主规划方法

针对未知复杂曲面的视点规划问题,提出一种基于边界检验进行视点自主规划的方法。基于初始视点采集的曲面点云数据建立网格模型,依据边界边与三角形的关联属性,提取当前网格模型的边界;基于边界边之间的连通性和边界的封闭性,聚类闭合边界,进而根据闭合边界的相对长短区分外边界与孔洞边界;将外边界依据边界间方向向量的夹角偏差进行分段,对应不同潜在趋势面,采用二次曲面拟合估计趋势面并求导计算法矢,结合主成分分析法确定边界最大主成分方向进行视点规划;然后基于孔洞的中心、大小与中心的法向量规划孔洞区域的观测视点;最后使用规划的外边界和孔洞的视点观测当前模型边界,进行真伪边界判断自主决策视点规划是否终止。以汽车后保险杠为规划对象,试验结果表明：该方法能够自主实现未知复杂曲面三维测量时的视点规划任务,平均每个视点规划用时67 ms,总体建模时间用时约6 min;累积覆盖率达到100%,在扫描时间和完整性方面具有良好性能。     

基于虚拟网格的框肋类零件展开方法研究

以基于法向量展开的射线法为基础,针对框肋类零件中的扣边板件和带缺口板件展开过程中所遇到的问题,采用借鉴前截切网格单元法向量的方法,并加入虚拟网格,得到了此类零件的合理毛坯形状.通过测试计算,改进后的算法快速高效,得到的零件毛坯形状合理准确.为进一步优化提供了良好的初始值.     

扣边板件展开方法研究

针对射线法在展开具有扣边的板金零件时所遇到的问题,以多参考点分区展开为基础,建立了考虑扣边的外法向射线分区展开算法.通过测试,所提出的展开算法高效、实用,所得到的零件毛坯形状合理正确,为一步法快速分析优化提供了良好的初值.     

带旋转压合机构的汽车机盖包边模设计

通过对汽车机盖包边工艺分析,介绍了一种带旋转压合机构的汽车机盖包边工艺方案,以及汽车机盖包边模结构设计。重点描述了机盖包边模结构、旋转压合机构及工作原理,实现了压合镶块沿压合包边面法向压合的目的。保证了包边后型面陡峭区域棱线顺畅,各个制件搭接间隙均匀,表面质量与包边外板单件表面质量一致。解决了由于包边部位压合过程中产生平行包边面方向的分力作用在外观棱线及压合包边关联部位的外表面,导致制件变形,从而提高制件的压合质量。经生产实际证明,该机盖包边工艺方案及旋转压合机构设计可提升产品外观质量及生产效率。     

逆向工程中多视曲面拼合的一种新方法

提出了一种新的、有效地用于逆向工程中的多视曲面拼合算法,即点纹法.系统阐述了点纹法的思路,主要包括:在候选点云的基础上生成纹路圈,在某幅视图中取点p,并做出切平面,把这些纹路圈投影到切平面上形成二维点纹,其它视图也如此产生相对应的点纹,并进行基于二维轮廓的多视曲面拼合,阐述了改进的ICP算法和基于径向基函数(RBF)神经网络的数据融合算法.点纹法与其它多视曲面拼合算法相比,能够大大提高曲面匹配的精度,在模式识别和逆向工程中有现实的使用效果.     

面向机械臂3D打印的曲面分区算法

多自由度机械臂3D打印能够突破传统平面分层熔融沉积3D打印工艺单一模型生长方向的限制,支持多方向打印。曲面分层和分区规划是机械臂打印的前提。对于具有多支柱结构或曲面变化率较大的模型经过曲面分层后,会呈现出多岛屿的曲面结构特征。传统的基于空间与平面映射关联的分区方法及基于曲面曲率特性的分区方法存在点面信息丢失、区域关系无法准确构建、子区域数量过多、区域划分不合理等问题。针对这些问题,提出基于曲面分层的复杂多岛屿分区方法。通过遍历每个曲面层信息,判断需要分区的曲面层;采用广度优先搜索算法提取同一封闭区域内的点面信息以及轮廓信息;依据原曲面层点面信息的关联将新存储的面片信息进行更新组合成新的曲面完成区域划分。最终,对具有多支柱结构和外表面凹凸变化较大的两种模型进行分区,路径规划的仿真及机械臂3D打印实验证明了该分区方法的可行性。     

汽车玻璃钢化风栅铝片曲面构造与数控加工

为了解决汽车玻璃钢化风栅成型器型面较复杂造成加工困难的问题,提出了利用离散化工作型面并采用专用工装装配的技术。首先根据风栅孔的分布对玻璃曲面的等距偏移面进行离散,采用双三次混合Coons曲面片拟合铝片,并利用相交于公共边界的两曲面一阶连续原理,导出各铝片曲面光滑拼接的条件。据此设计风栅铝片的结构和尺寸;通过计算型面最小曲率半径,确定精加工时球头刀的最大允许半径;应用等距偏移曲面法计算出曲面数控精加工刀位数据。试验结果表明,铝片的表面质量符合设计要求,装配出的风栅成型器可以生产出合格的钢化玻璃。     

基于图的混合加工特征识别方法

针对传统的基于图的特征识别方法难以识别相交特征和拓扑不固定特征的问题,提出了一种基于图的混合加工特征识别方法.该方法首先利用插入分割线分割贴合的面的方法拆分相交特征,然后重构扩展属性邻接图,从中分解出最小条件子图,最后根据二次曲面特征、由平面组成的特征的边界模式,分别建立相应的特征识别知识库,并应用知识树通过推理识别特征.验证结果表明该方法能合理地拆分相交特征,有效地识别常见的加工特征.     

平面二次包络环面蜗轮数控加工刀具轨迹的生成算法研究

针对目前传统的包络法加工平面二次包络环面蜗轮在精度上存在不可克服的缺陷,提出以其数控加工作为对象,利用截面法生成数控加工刀具轨迹的算法,在建立啮合面方程的基础上将齿面离散化,将离散模型与设定的截平面族求交,得到刀位点的离散坐标值,为其数控加工奠定理论基础。     

基于Creo 5.0聚合体积块的仪表前盖模具设计

运用Creo 5.0软件的聚合体积块技术,通过"曲面和边界"聚合选择类型,定义仪表前盖参考模型的边界曲面,分析破孔曲面边界的覆盖面之间的关系及其对破孔体积块分型面设计的影响,确定快速创建聚合体积块中的异形孔曲面边界的顶平面,移除聚合体积块中的异形孔与弧形缺口各自的形状曲面,形成符合模具设计要求的体积块分型面,利用体积块工具展示模具设计的功能与方法,为复杂参考模型聚合体积块的设计与应用提供了参考。     

水火弯板形变复杂曲面重建方法研究与实现

船体外板弯板曲面加工成型因船体曲面复杂,外板大小、形状多变,通常需对弯板形变曲面进行实时重构与检测,以得到最佳的二次加工焰道与加工参数,因此快速高效的三维重建算法是关键。针对面绘制中的移动立方体法要求对空间所有体素进行处理、执行效率不高这一不足,提出一种基于空间相关的移动立方体算法,即在寻找等值面过程中只处理那些与等值面相交的立方体体素,并对VTK中已有库函数vtkMarchingCubes进行了改进。经测试,利用改进后的MC算法重构同等数据量的弯板形变点云的速度比经典算法提高了1.6倍,说明该算法能满足弯板形变实时检测的要求,具有很强的高效性与实用性。     

汽车覆盖件模面工程中复杂圆角建模算法北大核心CSCD

现有圆角建模算法的建模场景单一,且在复杂区域建模时稳定性低、建模曲面质量差,影响模面的设计效率和整体质量。因此,有必要研究一种高效、稳定的圆角建模算法,以提高设计质量、缩短研发周期。提出一种基于截面线倒圆的复杂圆角建模算法,实现了自由圆角面的稳定创建和灵活编辑。此算法将复杂的面倒圆转化为截面线倒圆,显著降低了算法的复杂度。通过截面线干涉检查算法,对截面线自相交区域进行查找及重构,保证了所构建圆角的稳定性及质量。基于NX平台的自定义对象技术,开发了圆角建模功能,实现了圆角曲面的高效创建和稳定更新。实际汽车覆盖件模型测试结果证明,所提算法稳定可靠、编辑效率高、适应场景丰富,可有效提高设计人员的效率,缩短产品研发周期。